Anwendungsstatus des Rührreibschweißens von Aluminiumlegierungen

Die Rührreibschweißtechnologie hat viele einzigartige Vorteile. Sie bietet im Vergleich zu anderen Schweißverfahren unvergleichliche Vorteile bei den Schweißverfahren, den mechanischen Eigenschaften und der Produktionseffizienz für die Verbindung von Leichtmetallwerkstoffen (wie Aluminium, Kupfer, Magnesium, Zink usw.). Das Rührreibschweißen ist ein Festphasenverbindungsverfahren. Die Schweißverbindung weist hervorragende mechanische Eigenschaften und geringe Schweißverformungen auf. Während des Schweißprozesses werden keine Schutzgase und Schweißdrähte benötigt. Es gibt kein Schmelzen, keinen Rauch, kein Spritzen und keinen Lichtbogen. Es ist eine umweltfreundliche neue Verbindungstechnologie. Die tatsächliche Situation ist in der Tat so. Nur wenige Jahre nach dem Aufkommen der FSW-Technologie wurden große Fortschritte bei Schweißmechanismus, anwendbaren Materialien, Schweißausrüstung und technischen Anwendungen erzielt. Die Rührreibschweißtechnologie wurde ursprünglich entwickelt, um das Schweißen von Materialien wie Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen und Zinklegierungen zu ermöglichen. Das British Welding Institute hat viele Forschungen zu den Eigenschaften und Anwendungen der Rührreibschweißtechnologie durchgeführt und 1993 und 1995 weltweiten Patentschutz beantragt. Derzeit arbeitet das Institut hauptsächlich mit Schweißgeräteherstellern und internationalen Großunternehmen wie Luft- und Raumfahrt, Schiffbau, Hochgeschwindigkeitszügen und Automobilen zusammen, um die Rührreibschweißtechnologie in Form von Gruppensponsoring oder Kooperation (TWIs GSP-Projekt) zu erforschen und zu entwickeln, um ihren Anwendungsbereich kontinuierlich zu erweitern.

Derzeit umfassen die von Industrieunternehmen geförderten Forschungsprojekte: Rührreibschweißen von dicken Aluminiumlegierungen, Rührreibschweißen von Stahl, Rührreibschweißen von Titanlegierungen, Rührreibschweißen von Leichtbauteilen für die Automobilindustrie usw. Das Edison Welding Institute (EWI) in den Vereinigten Staaten arbeitet eng mit TWI zusammen und forscht ebenfalls an der FSW-Technologie. Die Lockheed Martin Aerospace Corporation, das Marshall Space Flight Center, das U.S. Naval Research Institute, die Dartmuth University, die Universität Stuttgart in Deutschland, die Universität Adelaide in Australien und das Australian Welding Institute haben alle spezielle Forschungen zum Rührreibschweißen aus verschiedenen Blickwinkeln durchgeführt.

1. Anwendung des Rührreibschweißens von Aluminiumlegierungen im Bereich der Luft- und Raumfahrt

Mit der Vertiefung der Forschung zum Rührreibschweißen wird die Rührreibschweißausrüstung allmählich vom Labor in den kommerziellen Einsatz überführt. TWI hat diese Technologie verwendet, um drei Brennstofftanks für Space Shuttles aus Aluminiumlegierung der 2000er-Serie für Boeing herzustellen; Lockheed Martin, Boeing-McDonnell Douglas, die Rockwell Group, das Edison Welding Institute und viele andere Institutionen arbeiten derzeit an der Forschung, Anwendungsbewertung und Entwicklung des Rührreibschweißens. Im Bereich der Luft- und Raumfahrt umfassen geeignete Strukturen für das FSW-Schweißen: Häute von Militär- oder Zivilflugzeugen, kryogene Treibstofftanks in Raumfahrzeugen, Flugzeugtanks, Hilfstreibstofftanks von Militärflugzeugen, Militär- oder wissenschaftliche Erkundungsraketen usw.; Die Lockheed Martin Aerospace Corporation der Vereinigten Staaten verwendete diese Technologie zum Schweißen von kryogenen Behältern zur Lagerung von flüssigem Sauerstoff außerhalb des Space Shuttles; im Marshall Space Flight Center wurde diese Technologie auch zum Schweißen großer zylindrischer Behälter verwendet.

Boeing investierte mehrere Millionen Dollar in die Herstellung einer großen Spezialmaschine zum Rührreibschweißen für große kryogene Treibstoffbehälter für Delta-Trägerraketen. BAE Airbus verifiziert die Methode, Leistung und Machbarkeit der FSW-Technologie zum Zweck der Herstellung mittelgroßer und großer Verkehrsflugzeuge. Die verwendete Rührreibschweißmaschine wird von GRAWFORD-SWIFT in Österreich hergestellt und gilt als die leistungsstärkste Schweißmaschine Europas. Die amerikanische ECLIPSE (Eclipse) Airlines wird FSW verwenden, um ein mittelgroßes Flugzeug mit einer Länge von 10,86 m und einer Spannweite von 11,88 m herzustellen. Abbildung 1 zeigt das neue energiesparende kleine Düsenflugzeug E500 mit hohem Service, das von der amerikanischen Firma ECLIPSE mit Kosten von 300 Millionen US-Dollar erfolgreich entwickelt wurde. Das Unternehmen schätzt, dass die Verwendung von FSW die Montagezeit der Verstärkungsrippen und Rahmen an den Rumpfwandplatten um 80 % reduzieren und die Kosten des Flugzeugs auf 837.000 US-Dollar senken kann. Die Hauptstrukturteile und -häute dieses Flugzeugs werden alle mit der neuesten internationalen Verbindungstechnologie hergestellt – der Rührreibschweißtechnologie. Der Rumpf des Verkehrsflugzeugs wird im Wesentlichen mit Rührreibschweißen hergestellt, einschließlich Flugzeughaut, Flügelrippen, Holmstützen, Flugzeugböden und Montage von Strukturteilen.

Die Anwendung des Rührreibschweißens dient hauptsächlich der Verbesserung der Produktionseffizienz und der Senkung der Herstellungskosten. Das Rührreibschweißverfahren für Luftfahrtstrukturteile wurde gemeinsam von TWI und ALCOA aus den Vereinigten Staaten entwickelt und dann auf das Schweißen von ECLIPSE500-Flugzeugstrukturteilen angewendet. Das Unternehmen bestand im September 2000 die vorläufige Designbewertung und -zertifizierung des Aircraft Safety Committee, stellte im Juni 2001 die Machbarkeit des Rührreibschweißens in der Flugzeugfertigung fest, begann 2001 mit der Herstellung von Flugzeugstrukturteilen aus Rührreibschweißen, führte im Juni 2002 seinen Erstflug durch und präsentierte diesen neuen Flugzeugtyp der Öffentlichkeit vom 29. Juni bis 1. Juli. Derzeit drängen sich Hunderte von Kunden um die Bestellung dieses neuen erschwinglichen und energiesparenden Geschäftsflugzeugs.

2. Anwendung des Rührreibschweißens von Aluminiumlegierungen im Schiffbau

Aufgrund der großen Vorteile des Rührreibschweißens bei Schweißverfahren, mechanischen Eigenschaften, Herstellungskosten und Umwelt sowie seiner potenziellen industriellen Anwendungsaussichten wurde das Rührreibschweißen im Schiffbau intensiv und detailliert untersucht und entwickelt. Der Schiffbau erfordert nicht nur eine Erhöhung der Geschwindigkeit, sondern auch eine Verbesserung der Leistung der Stückkosten, daher sollte der Schiffbau nach Möglichkeit Aluminiumlegierungen verwenden, um das Gewicht der Schiffe zu reduzieren. Die traditionellen Verbindungsmethoden von Aluminiumlegierungen sind jedoch Nietverbindungen und Lichtbogenschweißverbindungen. Nieten erhöht die Herstellungszeit, den Personal- und Materialeinsatz, und Aluminiumlegierungen sind beim Schmelzschweißen anfällig für Verformungen, Defekte und Rauch, was auch den Einsatz von Lichtbogenschweißen an Aluminiumlegierungskomponenten einschränkt. Daher ist mit der Entwicklung der Rührreibschweißtechnologie die Verwendung des Rührreibschweißens zur Herstellung von hochintegrierten vorgefertigten modularen Bauteilen, um die traditionelle Herstellung von Schiffsblech-Verstärkungsstrukturen zu ersetzen, ein unvermeidlicher und revolutionärer Fortschritt in der Entwicklung der Schiffbautechnologie.

Die Anwendung des Rührreibschweißens an vorgefertigten Leichtmetallstrukturteilen von Schiffen bietet offensichtliche Vorteile in Bezug auf Aussehen, Gewicht, Leistung, Kosten und Herstellungszeit. Es kann nicht nur zur Herstellung von Leichtmetallstrukturteilen von Schiffen verwendet werden, sondern auch zur Montage vor Ort und bietet eine neue Verbindungsmethode für den modernen Schiffbau. Die Verwendung des Rührreibschweißens anstelle des Schmelzschweißens zur Herstellung von Leichtmetallstrukturteilen ist ein weiterer Sprung in der Entwicklung der modernen Schweißtechnologie.

Die FSW-Technologie hat breite Anwendungsaussichten im Schiffbau, in der Meeresindustrie und in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Für das Schweißen mit der FSW-Technologie geeignete Strukturen umfassen: Schweißen von Decks, Wandplatten, Trennwänden und anderen Platten, Schweißen von Aluminiumextrusionen, Schweißen von Rümpfen und Verstärkungen, Schweißen von Hubschrauberlandeplätzen usw. Derzeit wurde diese Technologie verwendet, um Aluminiumlegierungsstrukturteile mit einer Länge von 20 m in Schnellbooten zu schweißen, und die Gesamtlänge der Schweißnähte übersteigt 500 km.

Als Festphasenverbindungsverfahren überwindet es die Nachteile des bisherigen Schmelzschweißens wie Poren, Risse und Verformungen und macht Materialien, die früher mit traditionellen Schmelzschweißverfahren nicht geschweißt werden konnten, für das FSW-Schweißen verfügbar. Es wird als "eine weitere revolutionäre Schweißtechnologie nach dem Laserschweißen" bezeichnet.

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